局部沉陷誘發(fā)騰發(fā)型覆蓋層破壞模式與機(jī)理研究.pdf

1、騰發(fā)覆蓋層是近年發(fā)展起來(lái)的一種新型覆蓋層，主要由適合植物生長(zhǎng)的細(xì)粒土組成，如粉土、粉質(zhì)黏土。其工作原理與海綿類(lèi)似，降雨時(shí)吸收和儲(chǔ)存水分，非降雨時(shí)通過(guò)地表蒸發(fā)和植物蒸騰作用釋放水分。該類(lèi)型覆蓋層具有就地取材、造價(jià)低廉、良好耐久性等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)西北地區(qū)有廣闊應(yīng)用前景。垃圾填埋體成分復(fù)雜、壓縮性高、分布不均勻，降解過(guò)程中極易產(chǎn)生局部沉陷等情況。填埋場(chǎng)局部沉陷易造成覆蓋層的破壞，為水分入滲形成優(yōu)勢(shì)通道，將顯著降低覆蓋層的防滲性能。因此深入認(rèn)識(shí)局

2、部沉陷誘發(fā)的騰發(fā)覆蓋層破壞機(jī)理將有助于評(píng)估局部沉陷對(duì)騰發(fā)覆蓋層防滲性能的影響以及提出抗局部沉陷設(shè)計(jì)方法。本文主要工作及成果如下:
　　(1)利用浙大自主研發(fā)的Trapdoor試驗(yàn)裝置開(kāi)展了均一含水率非飽和土層局部沉陷離心模型試驗(yàn)，模擬了騰發(fā)覆蓋層在局部沉陷條件下土層破壞的過(guò)程，指出了局部沉陷誘發(fā)騰發(fā)覆蓋層破壞的兩種基本模式:內(nèi)部塌陷和整體塌陷;填埋體局部沉陷僅使覆蓋層內(nèi)側(cè)出現(xiàn)拱形破壞面，產(chǎn)生局部塌落，稱(chēng)為內(nèi)部塌陷;土層出現(xiàn)起于沉陷

3、區(qū)邊緣的豎直破壞面導(dǎo)致沉陷區(qū)范圍內(nèi)土層的整體塌落，稱(chēng)為整體塌陷。內(nèi)部塌陷一般先于整體塌陷產(chǎn)生。試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步揭示，不同土體含水率下土層出現(xiàn)不同的破壞模式。
　　(2)利用Trapdoor試驗(yàn)裝置和降雨模擬裝置，開(kāi)展了降雨誘發(fā)黃土覆蓋層塌陷離心模型試驗(yàn)，模擬了內(nèi)部塌陷產(chǎn)生條件下降雨誘發(fā)土層整體塌陷的過(guò)程，觀測(cè)到土層含水率和基質(zhì)吸力隨深度變化規(guī)律，揭示了土體吸水軟化導(dǎo)致土層整體塌陷內(nèi)在機(jī)理。
　　(3)利用FLAC建立數(shù)值模型分

4、析均一含水率土層因局部沉陷誘發(fā)土層塌陷過(guò)程中土體變形和內(nèi)力的變化規(guī)律，分析發(fā)現(xiàn)，在活動(dòng)門(mén)下降過(guò)程中土體內(nèi)應(yīng)力重分布，自發(fā)形成應(yīng)力拱，整體塌陷時(shí)沉陷區(qū)應(yīng)力通過(guò)沉陷區(qū)邊緣豎直滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力傳遞至周邊土體，揭示出土拱效應(yīng)不同作用形式是產(chǎn)生土層不同破壞模式的內(nèi)在原因。
　　(4)分別采用結(jié)構(gòu)拱假定和Terzaghi極限平衡法建立了考慮非飽和土特性的騰發(fā)覆蓋層內(nèi)部塌陷和整體塌陷的力學(xué)模型，推導(dǎo)出能夠考慮土體含水率變化影響的內(nèi)部塌陷拱形方程

5、和整體塌陷安全系數(shù)的計(jì)算公式。理論分析發(fā)現(xiàn):內(nèi)部塌陷拱形高度主要受土的內(nèi)摩擦角（總應(yīng)力指標(biāo)）影響，隨內(nèi)摩擦角增加而減小，本文所研究的土體含水率范圍內(nèi)，非飽和土內(nèi)摩擦角隨土體含水率增大而減小，因此導(dǎo)致拱形高度隨土體含水率增加而增加;整體塌陷安全系數(shù)主要受土體名義粘聚力的影響，隨著土體含水率的增加，土體基質(zhì)吸力顯著下降，土體名義粘聚力因此明顯減小，導(dǎo)致整體塌陷的安全系數(shù)降低，因此含水率較高的非飽和土易發(fā)生整體塌陷;在降雨條件下，雨水滲透有效